mathématiques (ECT 1re année) · Chapitre 8 · Exercice
Toutes les matrices qui commutent avec A
Systèmes linéaires et calcul matriciel · Opérations sur les matrices · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soit . Déterminer toutes les matrices de taille telles que .
Corrigé
Les deux produits. On calcule séparément, sans supposer qu'ils sont égaux :
Pour , la première ligne de est : elle additionne les deux lignes de . Pour , la deuxième colonne de est : elle additionne les deux colonnes de .
L'égalité, case par case. Deux matrices sont égales lorsque leurs quatre cases le sont :
- en haut à gauche : , donc ;
- en haut à droite : , donc ;
- en bas à gauche : , toujours vraie ;
- en bas à droite : , donc à nouveau.
Conclusion. Les conditions se réduisent à et . Les matrices cherchées sont donc exactement celles de la forme
Vérification. Avec une telle : et . Elles coïncident.
Le point à retenir. « Chercher les matrices telles que… » se traduit toujours en un système portant sur les cases : quatre égalités ici, dont deux redondantes. La non-commutativité est la règle, et commuter est une propriété rare, qui se paie de deux conditions sur quatre coefficients.